關于電磁場與電磁波課程思政的幾點思考

嚴彬　張祥莉　黃田野

“課程思政”緣起于對習近平總書記關于“用好課堂教學這個主渠道，思想政治理論課要堅持在改進中加強，提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學生成長發展需求和期待，其他各門課都要守 好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應”這一重要論述的深刻領會，植根于高校對思想政治工作規律、教書育人規律和學生成長規律的具體運用，現已成為國家教育行政部門和各高校進一步加強和改進新形勢下思想政治工作的重要指揮棒，也正逐步成為學術界關注探討和研究闡釋的重點熱點問題。課程思政是個新事物，目前仍處于起步起點階段，其內涵邊界、核心要義、規律特點、實踐要求、建設路徑、工作評價等還需要不斷拓展和深化。因此，結合電子信息工程、通信工程及電氣工程等專業的必修課電磁場與電磁波，展開了如下幾點思考。

1 基于電磁發展史歷史人物的課程思政

教學的目的是育人。人的榜樣力量是無窮的。縱觀電磁發展史，幾個杰出人物的偉大貢獻功不可沒。1785年，法國科學家庫侖在實驗規律的基礎上，提出了第一個電學定律（兩個靜止點電荷間的相互作用規律）：庫侖定律，是靜電學理論建立的實驗基礎，使電學研究走上了理論研究的道路。丹麥的科學家奧斯特從1807年開始研究電磁之間的關系。1820年，他實驗發現電流以力作用于磁針，即電的磁效應，從此第一次將電和磁聯系在一起。1820年底，法國科學家安培提出了磁力作用的規律——安培力定律，將奧斯特的發現上升為理論。英國實驗物理學家法拉第敏銳地意識到，電可以對磁產生作用，磁也一定能夠對電產生影響。1821年他開始探索磁生電的實驗。經過10年艱辛的實驗，直到1831年他偶然發現，當磁棒插入導體線圈時，導線圈中就產生電流。這表明：動磁產生了動電，即著名的電磁感應定律。并因此設計了世界上第一臺感應發電機。

接著英國物理學家麥克斯韋（1831-1879）在法拉第等前人實驗的基礎上，總結了宏觀電磁現象的規律。麥克斯韋電磁理論的基礎是庫侖定律、安培力定律 （或者畢奧-薩伐爾定律）及法拉第電磁感應定律等三大實驗定律。他發現電流連續性方程與安培環路定律經過數學矢量分析推導存在矛盾。因此創造性地引入了“感生電場”、“位移電流”兩個概念，其核心思想是：變化的電場也要產生變化的磁場，并因此預言了電磁波的存在。并于1864年提出了一套偏微分方程來表達電磁現象的基本規律，稱為麥克斯韋方程組，是經典電磁場理論的基本方程。麥克斯韋方程組與牛頓第二定律完美地解釋了物質的波粒二象性。他的學術成就使他成為與牛頓和愛因斯坦齊名的偉大物理學家。麥克斯韋電磁場理論的創立并不是偶然的，其哲學思 想和數學理論奠定了他堅實的科學研究基礎，能夠從自然規律中高度概括出整體與部分的辯證統一關系。正是這種外因和內因的碰撞，使麥克斯韋在創立電磁理論上獲得了巨大成功。麥克斯韋的理論一經問世，并不被世人乃至于學者們理解。年僅48歲的麥克斯韋以短暫的生命為電磁學書寫了不可磨滅的篇章，雖然他的功績生前并不被人們重視，直到1888年才被德國物理學家赫茲驗證。赫茲的電火花實驗驗證了電磁波的存在，為無線通信的發展奠定了基礎。

縱觀電磁發展史進展，基本都為歐洲發達國家科學家發現，激勵我們要發憤圖強，懂得科學研究的艱辛，領悟科學研究的規律。

2 基于科學觀方法論的探索

科學的盡頭是哲學，從科學觀方法論的高度去引導學生，使學生從要我學轉變為我要學。電磁場與電磁波這門課因為抽象性、公式繁多一直以來被老師、學生定義為難教難學。對該課程融入多年來教學經驗的總結顯得尤為重要。縱觀電磁發展史歷程，是一個“理論-實踐-理論-實踐...”的周而復始的螺旋式上升的過程。也可理解為毛澤東思想關于“實踐、認識、再實踐、再認識，循環往復以至無窮”的實踐論論斷。就場論而言，是特殊到一般的發現歷程，符合人類的一般發展認知規律。首先靜電場和靜磁場相互獨立，毫無關聯，彼此對偶。接著陸續發展到動磁場產生動電場，動電場產生動磁場，二者相互聯系，密不可分，并由場產生了波。波按照有無源可分為（無源）空間波、導行波和（有源）天線波。有源波的分析比無源波難。天線波的分析需要用到2個輔助動態位函數。

時變電磁場是本課程的核心與重點，是場論的總結，是電磁波的開端。麥克斯韋方程組是時變電磁場的重中之重。深刻理解麥克斯韋方程組顯得尤其重要。麥克斯韋方程組由4個近乎完美的數學方程構成，包括2個旋度方程和2個散度方程。2個旋度方程為核心方程，表示時變電磁場互相激發。方程組解釋了場由源激發，等式的右邊為源，左邊為激發的場。2個散度方程揭示了空間不存在磁荷以及電場由電荷激發，也解釋了磁力線閉合以及電力線發散的道理。另外，麥克斯韋方程組揭示了場與媒質的相互作用關系。在簡單媒質（線性、均勻、各向同性媒質）中，電場的2個矢量、磁場的2個矢量和電流場的2個矢量之間會呈現線性關系。任何問題一定要由簡單到復雜分析建模。電磁場問題會先從簡單媒質、無源區入手分析。

3 基于授課老師自身教學能力進行課程思政

本系該課程授課老師均為985高校博士畢業，平易近人。該課程48學時，8學時的實驗學時是該課程的獨特之處，配套了25萬的十套電磁場電磁波實驗儀設備，使抽象的電磁場課程由看不見到看得見，由抽象變為具體。實驗配有指導書、實驗報告、視頻講解、助教指導。因設備有限，采用分組合作形式。授課有學校督導觀摩，采用線上線下混合教學方式。教學資源豐富，有十多本國內外參考書，網上北交大、西電等優秀同行慕課教學資源。試題庫豐富多變。教學與科研相結合，指導本科生從事電磁場領域科研活動，并發表T2級高水平論文，獲全院好評。

總之，通過挖掘《電磁場與電磁波》課程中的哲學要素，可以從物質形態和運動規律的角度深入了解電磁波的性質，形成科學的世界觀和方法論;基于杰出歷史人物的課程思政，可以傳播正能量，發揚愛國精神;結合教師的自身執教能力進行課程思政，可以讓學生在潛移默化和興趣中快速成長。

參考文獻：

[1]習近平：《習近平談治國理政》第2卷.2外文出版社.22017

[2]張洪欣.電磁場理論與實踐中的唯物辯證法思想.高校思政.2020（7）：191-193

[3]張洪欣.《電磁場與電磁波》課程思政實施方法探索.創新創業理論研究與實踐，2021（6）：30-32